咱們?nèi)粘Ｉ畹闹械娜魏我豁?xiàng)帶電的設(shè)備，如果說(shuō)裝上核動(dòng)力電池，那會(huì)是什么效果呢？一塊核動(dòng)力電池續(xù)航2.8萬(wàn)年！天啦，豈不是這樣一塊牛叉電池，妥妥地成了我們這一代人祖祖輩輩的家傳寶貝嗎？
前不久，筆者剛和大家介紹了中國(guó)微型核反應(yīng)堆研發(fā)獲得重大突破，即我國(guó)首座鉛鉍合金零功率反應(yīng)堆——“啟明星III號(hào)”實(shí)現(xiàn)了全球首次臨界，并且正式啟動(dòng)我國(guó)鉛鉍堆芯核特性物理實(shí)驗(yàn)。這意味著我國(guó)在此領(lǐng)域的研發(fā)徹底領(lǐng)先西方，而且技術(shù)更為硬核。鉛鉍合金反應(yīng)堆技術(shù)的突破，對(duì)海軍來(lái)說(shuō)是一次“重大變革”，若將其作為海軍艦艇的動(dòng)力源，能夠令艦艇從此不再受限于動(dòng)力限制，為海軍裝備升級(jí)和深度遠(yuǎn)航指明了新的方向。
現(xiàn)在，又一個(gè)重大利好消息傳來(lái)，中國(guó)核動(dòng)力電池研發(fā)獲得階段性成功。
在全國(guó)人民被新冠疫情搞得心煩意亂的是當(dāng)下，中國(guó)核動(dòng)力電池研發(fā)成功，無(wú)疑是一束亮麗的陽(yáng)光照進(jìn)了我們?nèi)諠u灰暗的小心情。
咱們今天就來(lái)探討一下中國(guó)人自己的超微型核動(dòng)力電池。微型核電池的工作原理是什么呢？它為啥不再需要核反應(yīng)堆和厚厚的隔離防護(hù)層呢？
核材料通常有三種發(fā)熱方式：核裂變、核聚變和核衰變。
世界各國(guó)的核電站、核航母、核潛艇的關(guān)鍵動(dòng)力，甚至原子彈均是核裂變。
太陽(yáng)、氫彈則是核聚變，現(xiàn)在世界各國(guó)的核科學(xué)家們也正日夜不停地在攻關(guān)可控核聚變。
而核動(dòng)力電池則是核衰變，即放射性元素在進(jìn)行衰變時(shí)也會(huì)產(chǎn)生巨大熱量，此時(shí)如果配以熱電材料，就能夠?qū)⑦@些熱能有效轉(zhuǎn)化為電能。
核動(dòng)力電池還有一個(gè)更加專(zhuān)業(yè)的名稱(chēng)：放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)，又叫“放射性同位素電池”，簡(jiǎn)稱(chēng)RTG。
核動(dòng)力電池是全球最前沿的科技之一，在航天器電源、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途上，核動(dòng)力電池已經(jīng)開(kāi)始成功運(yùn)用。
我們今天說(shuō)的“無(wú)限能源”的核動(dòng)力電池，就是通過(guò)原子核的放射衰變來(lái)獲取電能。
當(dāng)然，核動(dòng)力電池在航天領(lǐng)域的應(yīng)用比較多，比如嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)上就有同位素電池，可以給月球探測(cè)器供熱，在漫長(zhǎng)寒冷的月夜保持其核心溫度。再過(guò)幾年，我國(guó)將發(fā)射的中國(guó)版的“旅行者一號(hào)”和“旅行者二號(hào)”，也將配備同位素核動(dòng)力電池。
不過(guò)，同位素核動(dòng)力電池的問(wèn)題是價(jià)格更高，要做出大功率的就更昂貴了。
目前，航天器使用的空間電源主要有三類(lèi)：化學(xué)電池、太陽(yáng)能電池和核動(dòng)力電池。相比較而言，面對(duì)核動(dòng)力電池的天然優(yōu)勢(shì)，化學(xué)電池和太陽(yáng)能電池就像是一只螞蟻站在大象面前那么緲小。因?yàn)橥凰厮プ儠r(shí)所釋放的能量大小和釋放速度，對(duì)外界環(huán)境如陽(yáng)光、溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場(chǎng)等等未知影響全部“免疫”。
例如美國(guó)“毅力”號(hào)火星車(chē)的同位素核動(dòng)電池，一枚就價(jià)值7000萬(wàn)美元，貴得連我們的“祝融”號(hào)火星車(chē)都舍不得使用。
2012年8月6日，重達(dá)1噸的美國(guó)“好奇號(hào)”火星探測(cè)器在火星表面上徐徐著陸。細(xì)心的人們從電視畫(huà)面中發(fā)現(xiàn)，“好奇號(hào)”和它的兩個(gè)前輩“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”長(zhǎng)得有些不一樣，它的身側(cè)少長(zhǎng)了兩根長(zhǎng)長(zhǎng)的“翅膀”——太陽(yáng)能電池板。取而代之的是一臺(tái)重約45公斤、發(fā)電功率為140瓦的核動(dòng)力電池。
“好奇號(hào)”這塊核動(dòng)力電池由兩部分組成：裝有钚-238二氧化物的熱源和一組固體熱電偶。固體熱電偶是一種半導(dǎo)體，可以把钚-238核衰變所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能。
空間核動(dòng)力包括空間核電源和核推進(jìn)，用來(lái)給航天器提供電能和推進(jìn)動(dòng)力。空間核動(dòng)力是軍民兩用的硬核科技，可以滿足通信衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星、空間站、空間運(yùn)輸、空間武器、空間作戰(zhàn)平臺(tái)、深空探測(cè)、外星基地等對(duì)電能和推進(jìn)動(dòng)力的持續(xù)供給。
依照我國(guó)的核工業(yè)技術(shù)層級(jí)，“祝融”號(hào)火星車(chē)完全可以和“好奇”號(hào)、“毅力”號(hào)一樣，使用同位素核動(dòng)力電池，但為了控制成本，節(jié)約有限的航天資金，我國(guó)航天研發(fā)人員幾經(jīng)猶豫，最終還是選擇了傳統(tǒng)且廉價(jià)的太陽(yáng)能電池板。
因?yàn)橥凰睾藙?dòng)力電池還有一個(gè)重大缺陷，即能量轉(zhuǎn)換效率并不太高。
要知道，核動(dòng)力電池的技術(shù)“門(mén)檻”可不是一般的高。它是科技的魔鬼還是天使?中國(guó)核科學(xué)家一直在苦苦探索。
目前，空間核動(dòng)力利用的主要是核反應(yīng)堆產(chǎn)生的裂變能和放射性同位素的衰變能。根據(jù)不同的任務(wù)需求、通過(guò)不同的方式，空間核動(dòng)力裝置可以把核能轉(zhuǎn)變成電能和推進(jìn)動(dòng)力。
“钚-238是可以做核電池的。”輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)專(zhuān)家、中國(guó)工程院院士潘自強(qiáng)曾經(jīng)明確指出。
但同位素核電池是有一定輻射的，特別是采用钚-238材料的。雖然钚-238衰變的時(shí)候，釋放的粒子比較大，速度也不快，號(hào)稱(chēng)用一張紙都能擋住它。可一旦泄露，也是致命的，因?yàn)轭?238屬于高放射性物質(zhì)。所以現(xiàn)在使用同位素電池的都是無(wú)人航天器，像載人飛船、空間站，都在使用傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板。
例如美國(guó)nasa“毅力”號(hào)使用的核動(dòng)力電池，其能量效率就只能達(dá)到可憐的6.3%，這在核電池領(lǐng)域已經(jīng)是很高的了，但依然遠(yuǎn)低于太陽(yáng)能電池板。
中國(guó)空間站的薄膜太陽(yáng)翼，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30%，能效轉(zhuǎn)換是美國(guó)佬的近5倍。
由此可見(jiàn)，美國(guó)人這種不顧性價(jià)比，只求名譽(yù)上高大威猛的土豪玩法，也只有把無(wú)限印刷美元作為第一榮耀的美國(guó)佬才干得出來(lái)，在中國(guó)人看來(lái)，不講性價(jià)比就是耍流氓。
一顆就要7000萬(wàn)美元，如果非要用它做成核動(dòng)力汽車(chē)，即使王思聰也搞不好也要把他老子玩破產(chǎn)。
打個(gè)形象點(diǎn)的比方，美國(guó)小伙子追求姑娘的方法是，在地上擺滿九百九十九朵玫瑰，中間僅僅點(diǎn)一只蠟燭。而中國(guó)小伙追求姑娘的辦法是，讓十支蠟燭照亮中間的10朵紅玫瑰。同樣是表達(dá)愛(ài)，但中國(guó)人的愛(ài)溫度更高、更能經(jīng)受風(fēng)雨，也更有持續(xù)性。
回到咱們的主題，回顧世界各國(guó)對(duì)核動(dòng)電池的研發(fā)利用歷史，最早對(duì)核能利用的美國(guó)和前蘇聯(lián)。公開(kāi)資料顯示，早在20世紀(jì)50年代，美國(guó)和前蘇聯(lián)就開(kāi)始研發(fā)空間核動(dòng)力技術(shù)，主要著眼于裝備軍用衛(wèi)星、戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等，并投入了難以想象的人力財(cái)力。
到本世紀(jì)初，美國(guó)至少已在26次空間任務(wù)中使用核動(dòng)力。從2003年起，美國(guó)開(kāi)始執(zhí)行“普羅米修斯”計(jì)劃，意在研究帶有核電推進(jìn)系統(tǒng)的星際宇宙飛船以探測(cè)木星最大的天然衛(wèi)星。
而蘇聯(lián)解體后，俄羅斯接其衣缽，對(duì)核動(dòng)力進(jìn)行了更為深入的探索和利用。2009年，俄羅斯宣布了功率為兆瓦級(jí)“核飛船”的研制計(jì)劃。2014年，俄羅斯組裝出了為未來(lái)核動(dòng)力飛船反應(yīng)堆服務(wù)的“熱源”——核燃料釋熱元件。這些核燃料使用的是高濃縮二氧化鈾。如一切順利，這些核動(dòng)力裝置將于2018年建成。迄今，俄羅斯已從國(guó)家預(yù)算中為研制相關(guān)反應(yīng)堆、發(fā)動(dòng)機(jī)和太空艙總共撥款170億盧布(約合31億元人民幣)。
與此同時(shí)，中國(guó)也對(duì)同位素電池也進(jìn)行了研究。
潘自強(qiáng)院士介紹說(shuō)：核動(dòng)力電池以前還用在心臟起搏器中。”公開(kāi)資料顯示，使用僅僅40克重量的核電池心臟起搏器，它的壽命可長(zhǎng)達(dá)十年，讓患者免除經(jīng)常開(kāi)胸做手術(shù)換電池的痛苦，隨著人類(lèi)科技的不斷進(jìn)步，在不久的將來(lái)，人們完全有可能一次安裝核電池心臟起搏器，永遠(yuǎn)無(wú)需忍夜開(kāi)堂破肚的痛苦。
目前的問(wèn)題是，核電池價(jià)格極其高昂。
科學(xué)家說(shuō)，如果將一根木頭的核能量全部都釋放出出來(lái)，足夠我們一個(gè)普通家庭一輩子的用電。在這個(gè)能源日益緊缺的時(shí)代，環(huán)境正在急劇惡化，愈來(lái)愈要求人們得盡快找到化石能源的替代品，發(fā)展核動(dòng)電池便是一件功在當(dāng)代利在千秋的大事。
所以，早在2008年11月24日，中國(guó)原子能科學(xué)研究院研制的百毫瓦級(jí)钚238同位素電池就通過(guò)了由中核集團(tuán)公司組織的科技成果鑒定。
核電池的用武之地不僅僅局限于太空。高山、深海、南北極乃至人體中到處可以找到它的影蹤。現(xiàn)在，核電池正向效率更高、功率更大、安全性更強(qiáng)的方向發(fā)展，它不但能幫助人類(lèi)遨游太空、暢游海洋，還會(huì)走進(jìn)日常生活給我們帶來(lái)諸多便利。
既然中核集團(tuán)下屬機(jī)構(gòu)已經(jīng)將核電池安裝在機(jī)器狗上邊，就說(shuō)明在最基本的核輻射防護(hù)措施上已經(jīng)做到萬(wàn)無(wú)一失，隨著技術(shù)研發(fā)的進(jìn)一步躍升，實(shí)用產(chǎn)品線也必將大大拓展。
核電池的關(guān)鍵難題在于，大幅度降低成本，大幅度提升功率。大家不要忘了，西方世界所有高大尚的玩意兒，一旦遭遇中國(guó)工程技術(shù)人員，那就等同于遇上了高端價(jià)格粉碎機(jī)。中國(guó)人不是已經(jīng)把價(jià)值七千萬(wàn)美金的美式核電池搞得可以裝上寵物狗了嗎？至于功率提高十倍百信，我們有足夠的信心相信中國(guó)科學(xué)家的創(chuàng)造能力。
有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)來(lái)說(shuō)，既有節(jié)能減排的需求，也有能源增長(zhǎng)以支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，這就需要大力發(fā)展新型高效的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)。核動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)最具發(fā)展?jié)摿Φ拈W亮明星，具備壽命更長(zhǎng)、性能更可靠、儲(chǔ)能能力更出眾等諸多優(yōu)點(diǎn)，相信在未來(lái)有著無(wú)限廣闊的壯麗前景。
再用那句提勁的話結(jié)尾，每個(gè)中國(guó)人都對(duì)中國(guó)科技的來(lái)充滿期待，恨不得向天再借五百年，見(jiàn)證祖國(guó)在逆襲的征途上更加光芒璀璨！
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